簡単な説明:
中国薬局方（2020年版）では、YCHのメタノール抽出物は20.0％以上でなければならないと規定されている[2]と記載されており、その他の品質評価指標は指定されていません。本研究の結果、野生および栽培サンプルのメタノール抽出物の含有量はいずれも薬局方基準を満たし、両者の間に有意差は認められませんでした。したがって、この指標によれば、野生サンプルと栽培サンプルの間には明らかな品質差は認められませんでした。しかし、総ステロールおよび総フラボノイド含有量は、野生サンプルの方が栽培サンプルよりも有意に高かったのです。さらにメタボローム解析を行ったところ、野生サンプルと栽培サンプルの間には豊富な代謝産物の多様性が明らかになりました。さらに、97の有意に異なる代謝産物が選別され、それらは以下の表に記載されています。補足表S2これらの有意に異なる代謝物には、β-シトステロール（IDはM397T42）とケルセチン誘導体（M447T204_2）があり、これらは有効成分として報告されています。また、これまで報告されていなかったトリゴネリン（M138T291_2）、ベタイン（M118T277_2）、フスチン（M269T36）、ロテノン（M241T189）、アルクチイン（M557T165）、ロガン酸（M399T284_2）も、これらの異なる代謝物に含まれていました。これらの成分は、抗酸化作用、抗炎症作用、フリーラジカルの除去作用、抗がん作用、動脈硬化症の治療作用など、様々な役割を果たしており、YCHの新規有効成分となる可能性があります。有効成分の含有量は、医薬品の効能と品質を決定します。[7]。まとめると、メタノール抽出物を唯一のYCH品質評価指標とすることは限界があり、より具体的な品質マーカーのさらなる探究が必要です。野生YCHと栽培YCHでは、総ステロール、総フラボノイド、その他多くの異なる代謝産物の含有量に大きな差が見られ、両者の間には潜在的に品質差が存在する可能性があります。同時に、YCHに新たに発見された潜在的な有効成分は、YCHの機能基盤の研究やYCH資源の更なる開発にとって重要な参考値となる可能性があります。
優れた品質の漢方薬を生産するために、特定の原産地では本物の薬材の重要性が古くから認識されてきた[
8]。真正な薬用原料には高品質が不可欠であり、生息地は原料の品質を左右する重要な要素です。ヤチニンジンが薬として使用され始めて以来、長らく野生のヤチニンジンが優勢でした。1980年代に寧夏にヤチニンジンの導入と栽培化が成功した後、銀柴湖の薬用原料の供給源は徐々に野生のヤチニンジンから栽培ヤチニンジンへと移行しました。ヤチニンジンの供給源に関する過去の調査によると[
9]と当研究グループの現地調査によると、栽培ヤシガラと野生ヤシガラの分布地域には大きな違いがあることがわかりました。野生ヤシガラは主に陝西省寧夏回族自治区に分布しており、内モンゴル自治区の乾燥地帯と寧夏回族自治区中央部に隣接しています。特に、これらの地域の砂漠ステップはヤシガラの生育に最適な生息地です。一方、栽培ヤシガラは主に野生分布地域の南方に分布しており、中国最大の栽培生産拠点となっている同心県（栽培I）とその周辺地域、さらに南に位置し栽培ヤシガラのもう一つの産地である蓬陽県（栽培II）などに分布しています。さらに、上記2つの栽培地域の生息地は砂漠ステップではありません。そのため、生産様式に加えて、野生ヤシガラと栽培ヤシガラの生息地にも大きな違いがあります。生育環境は生薬の品質に影響を与える重要な要素です。生育環境の違いは、植物体内の二次代謝産物の生成と蓄積に影響を与え、ひいては医薬品の品質にも影響を与えます。
10,
11したがって、総フラボノイドおよび総ステロール含有量、ならびに本研究で確認された53種の代謝物の発現における有意な差は、圃場管理および生息地の違いによるものである可能性がある。
環境が薬用原料の品質に影響を及ぼす主な方法の一つは、原料植物にストレスを与えることです。中程度の環境ストレスは二次代謝産物の蓄積を促進する傾向があります。[
12,
13成長/分化バランス仮説は、栄養素が十分に供給されているとき、植物は主に成長し、一方、栄養素が不足しているとき、植物は主に分化して二次代謝産物をより多く生産すると述べている[
14乾燥地帯の植物が直面する主な環境ストレスは、水不足による干ばつストレスです。今回の研究では、栽培ヤクザの水分条件は野生ヤクザに比べて豊富で、年間降水量も有意に高いことがわかりました（栽培Iの水供給量は野生の約2倍、栽培IIは野生の約3.5倍）。また、野生環境の土壌は砂質土ですが、農地の土壌は粘土質土です。粘土質土に比べて砂質土は保水力が悪く、干ばつストレスを悪化させやすいです。同時に、栽培過程では頻繁に散水が行われていたため、干ばつストレスの程度は低かったのです。野生ヤクザは厳しい自然乾燥地帯で生育するため、より深刻な干ばつストレスを受ける可能性があります。
浸透圧調節は、植物が干ばつストレスに対処するための重要な生理学的メカニズムであり、アルカロイドは高等植物における重要な浸透圧調節因子である[
15ベタインは水溶性のアルカロイド四級アンモニウム化合物であり、浸透圧保護剤として作用します。干ばつストレスは細胞の浸透圧ポテンシャルを低下させる一方で、浸透圧保護剤は生体高分子の構造と完全性を維持し、植物への干ばつストレスによるダメージを効果的に軽減します。[
16例えば、干ばつストレス下では、テンサイとクコのベタイン含有量が大幅に増加しました[
17,
18トリゴネリンは細胞成長の調節因子であり、干ばつストレス下では植物細胞周期を延長させ、細胞成長を阻害し、細胞容積の縮小を引き起こす。細胞内の溶質濃度の相対的な増加は、植物の浸透圧調節を可能にし、干ばつストレスに対する抵抗力を高める。[
19]。ジア X [
20]は、干ばつストレスが増加すると、漢方薬の原料である黄耆（オウギ）が、浸透圧ポテンシャルを調節し、干ばつストレスへの抵抗力を高めるトリゴネリンの産生量を増加させることを発見しました。フラボノイドもまた、植物の干ばつストレス耐性において重要な役割を果たすことが示されています[
21,
22]。多くの研究により、中程度の干ばつストレスがフラボノイドの蓄積を促進することが確認されている。Lang Duo-Yong et al. [
23]は、圃場における保水能力を制御することで、干ばつストレスがYCHに与える影響を比較しました。干ばつストレスは根の成長をある程度抑制しましたが、中程度および重度の干ばつストレス（圃場保水能力の40%）では、YCH中の総フラボノイド含量が増加しました。一方、干ばつストレス下において、植物ステロールは細胞膜の流動性と透過性を調整し、水分損失を抑制し、ストレス耐性を向上させる作用があります[
24,
25したがって、野生のYCHにおける総フラボノイド、総ステロール、ベタイン、トリゴネリン、その他の二次代謝産物の蓄積の増加は、高強度の干ばつストレスに関連している可能性がある。
本研究では、野生型と栽培型のYCH間で有意に異なる代謝物について、KEGGパスウェイエンリッチメント解析を実施しました。エンリッチメントされた代謝物には、アスコルビン酸およびアルダル酸代謝、アミノアシルtRNA生合成、ヒスチジン代謝、β-アラニン代謝に関わる代謝物が含まれていました。これらの代謝経路は、植物のストレス耐性機構と密接に関連しています。中でも、アスコルビン酸代謝は、植物の抗酸化物質産生、炭素・窒素代謝、ストレス耐性、その他の生理機能において重要な役割を果たしています。[
26]; アミノアシルtRNAの生合成はタンパク質形成に重要な経路である[
27,
28]はストレス耐性タンパク質の合成に関与している。ヒスチジン経路とβ-アラニン経路はどちらも植物の環境ストレス耐性を高めることができる[
29,
30これは、野生YCHと栽培YCHの代謝産物の違いが、ストレス耐性のプロセスに密接に関連していることをさらに示唆しています。
土壌は薬用植物の生育と発達にとって物質的な基盤です。土壌中の窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）は、植物の生育と発達に重要な栄養元素です。土壌有機物には、薬用植物に必要な窒素、リン、カリウム、亜鉛、カルシウム、マグネシウムなどの多量元素と微量元素も含まれています。栄養素の過剰または欠乏、あるいは栄養素の比率の不均衡は、薬用植物の生育と発達、そして品質に影響を与えます。また、植物によって必要な栄養素は異なります。[
31,
32,
33例えば、低窒素ストレスはイサティス・インディゴティカ（Isatis indigotica）におけるアルカロイドの合成を促進し、テトラスティグマ・ヘムスレイアナム（Tetrastigma hemsleyanum）、サンザシ（Crataegus pinnatifida Bunge）、ディコンドラ・レペンス（Dichondra repens Forst）などの植物におけるフラボノイドの蓄積に有益であった。一方、過剰な窒素ストレスは、エリゲロン・ブレビスカプス（Erigeron breviscapus）、アブルス・カントニエンシス（Abrus cantoniensis）、イチョウ（Ginkgo biloba）などの植物におけるフラボノイドの蓄積を阻害し、薬用原料の品質に影響を与えた[
34リン肥料の施用はウラル甘草のグリチルリチン酸とジヒドロアセトンの含有量の増加に効果的であった[
35]。施用量が0.12 kg/m2を超えると、Tussilago farfaraの総フラボノイド含量は減少した[
36]。P肥料の施用は、漢方薬の根茎多糖類の含有量に悪影響を及ぼした。[
37]だが、カリウム肥料はサポニン含有量を増やすのに効果的であった[
38]。2年生のオタネニンジンの成長とサポニン蓄積には、450 kg/hm-2 K肥料を施用するのが最適であった[
39]。N:P:K = 2:2:1の比率では、熱水抽出物、ハルパギド、ハルパゴシドの総量が最も高かった[
40]。窒素、リン、カリウムの比率が高いと、ポゴステモン・カビリンの成長が促進され、揮発性油の含有量が増加しました。一方、窒素、リン、カリウムの比率が低いと、ポゴステモン・カビリンの茎葉油の主要な有効成分の含有量が増加しました。[
41YCHは不毛土壌耐性植物であり、窒素、リン、カリウムなどの栄養素に対して特定の要求性を持っている可能性がある。本研究では、栽培YCHと比較して、野生YCHの土壌は比較的不毛であった。土壌中の有機物含有量、総窒素、総リン、総カリウム含有量は、それぞれ栽培YCHの約1/10、1/2、1/3、1/3であった。したがって、土壌栄養素の違いが、栽培YCHと野生YCHで検出された代謝物の差異のもう一つの原因である可能性がある。Weibao Ma et al. [
42]は、一定量の窒素肥料とリン肥料を施用することで、種子の収量と品質が大幅に向上することを発見しました。しかし、栄養元素がヤチニンジンの品質に及ぼす影響は明確ではなく、薬用原料の品質向上のための施肥対策についてはさらなる研究が必要です。
漢方薬には「好ましい生息地は収穫量を促進し、好ましくない生息地は品質を向上させる」という特性がある[
43野生のYCHから栽培YCHへの漸進的な移行過程において、植物の生息地は乾燥した不毛の砂漠ステップから、より水に富んだ肥沃な農地へと変化しました。栽培YCHの生息地はより優れており、収量も高いため、市場の需要を満たすのに役立っています。しかし、この優れた生息地はYCHの代謝産物に大きな変化をもたらしました。これがYCHの品質向上に繋がるかどうか、そして科学に基づいた栽培方法によってどのように高品質のYCH生産を実現するかについては、さらなる研究が必要です。
シミュレーション生息地栽培は、特定の環境ストレスに対する植物の長期的な適応に関する知識に基づいて、野生薬用植物の生息地と環境条件をシミュレートする方法です。[
43]。野生植物、特に本物の薬用原料として使用される植物の本来の生息地に影響を与える様々な環境要因をシミュレートすることにより、このアプローチは科学的な設計と革新的な人的介入を用いて、漢方薬用植物の成長と二次代謝のバランスをとることを目指しています[
43これらの方法は、高品質の医薬品原料開発のための最適な配置を実現することを目的としています。模擬生息地栽培は、薬力学的根拠、品質マーカー、環境要因への応答メカニズムが不明な場合でも、YCHの高品質生産に効果的な方法を提供するはずです。したがって、YCHの栽培と生産における科学的設計と圃場管理措置は、乾燥、不毛、砂質土壌などの野生YCHの環境特性を参照する必要があります。同時に、研究者がYCHの機能的な原料根拠と品質マーカーについてより深い研究を行うことも期待されます。これらの研究は、YCHのより効果的な評価基準を提供し、高品質生産と産業の持続的発展を促進することができます。
